Что такое светодиоды? Виды, свойства и характеристики

Светодиод (LED) — это оптоэлектронное полупроводниковое устройство, которое генерирует свет посредством электролюминесценции. Он содержит p-n переход, через который пропускается электрический ток. Ток генерирует электроны и дырки, которые выделяют свои энергетические порции в виде фотонов при рекомбинации. Хотя фундаментальный процесс генерации света такой же, как и в лазерных диодах, светоизлучающие диоды не проявляют лазерного воздействия, их оптический спектр значительно шире.

В 2014 году Нобелевская премия по физике 2014 была присуждена Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура “за изобретение эффективных синих светодиодов, которые стали началом появления ярких и энергосберегающих источников белого света”. 

До того, как эта работа была выполнена, не могли быть изготовлены эффективные синие светодиоды, а также не было светодиодов с белым излучением, которые обычно необходимы для целей освещения. 

Исследователям удалось разработать эффективные светодиоды с синим излучением на основе нитрида индия-галлия (InGaN).  Необходимо было разработать методы получения таких материалов с высоким качеством. 

В результате этих разработок в последнее время широко стало использоваться светодиодное освещение, частично заменившее традиционные источники света. Поскольку LED освещение гораздо более энергоэффективно, стало возможным существенное сокращение выбросов на электростанциях (_CO2, ядовитые газы, тяжелые металлы и т.д.).

Материалы и длины волн излучения

Центральная длина волны и цвет излучения светодиода в значительной степени определяются энергией запрещенной зоны используемого полупроводникового материала. По существу, вся область видимых длин волн может быть покрыта светодиодами, хотя достижимая выходная мощность и эффективность не одинаково высоки для всех длин волн.

Большинство светодиодных чипов изготовлены из неорганических полупроводниковых материалов. Для глубокого красного излучения можно использовать арсенид алюминия-галлия (AlGaAs), который в остальном является обычным для лазерных диодов ближнего инфракраного диапазона.  

Более короткие длины волн в красной области спектра достигаются с помощью фосфида арсенида галлия (GaAsP) и фосфида алюминия индия галлия (AlInGaP). Внутренняя квантовая эффективность может быть близка к 100% для длин волн излучения около 650 нм, тогда как высокой эффективности гораздо труднее достичь при более коротких длинах волн 620 нм, где человеческий глаз более чувствителен. 

Другая проблема заключается в том, что повышение температуры, которой трудно избежать в мощных светодиодах, снижает квантовую эффективность и увеличивает длину волны излучения. Поэтому для мощных светодиодов необходимы эффективные методы охлаждения. Обратите внимание, что потребляемая тепловая мощность не очень велика, она выделяется в очень небольшом объеме и площади. Нередко несколько ватт рассеивается на один миллиметр в квадрате.

Нитрид индия-галлия (InGaN) очень подходит для синих и фиолетовых светодиодов. Несмотря на высокую плотность дефектов в этих материалах, достигается внутренняя квантовая эффективность выше 70 — 90%.  Более длинные волны (зеленый и желтый) получаются за счет увеличения содержания индия (In), но эффективность резко падает с увеличением длины волны.

Технологически наиболее сложной спектральной областью (в видимом диапазоне) является область зелено-желто-оранжевого света. Ведутся интенсивные исследования, чтобы заполнить этот «вакумм», называемый зеленым пробелом. Светодиоды на основе GaAsP имеют более низкую эффективность, чем, например, красные светодиоды. Селенид цинка (ZnSe) и теллурид селенида цинка (ZnSeTe) были разработаны для зеленого излучения, но срок службы и эффективность устройства не являются удовлетворительными для целей освещения. Поэтому рассматриваются различные другие материалы, в том числе модифицированные сплавы и оксихалькогениды.

Белый свет может генерироваться либо путем смешивания выходов, например, красных, зеленых и синих светодиодов, либо с помощью одного синего светодиода и некоторого количества люминофора, который преобразует часть синего света в свет с большей длиной волны.  

Это преобразование обычно выполняется либо с другим полупроводником (например, ZnS), либо с сцинтилляционным кристаллом, содержащим редкоземельные ионы, такие как Eu ^{2 +} (европий) или Ce ^{3 +} (церий). Например, Ce ^{3 +}: YAG можно использовать для преобразования синего света около 440-460 нм в желтый свет около 520-640 нм. 

Модифицированные хосты, например, с заменой части иттрия в YAG на гадолиний (Gd³⁺), приводят к смещению диапазонов излучения ионов церия. Индекс цветопередачи таких белых светодиодов обычно не очень высок, но его можно улучшить, например, комбинируя желтые и красные люминофоры.

Существуют также светодиоды ближнего инфракрасного диапазона, основанные, например, на AlGaAs, и ультрафиолетовые светодиоды, использующие такие материалы, как нитрид галлия (GaN).

 

 

Органические светодиоды

Более недавней разработкой являются светодиоды на основе органических полупроводников, называемые OLED (органические светоизлучающие диоды).  Такие устройства изготавливаются методами, которые полностью отличаются от методов для неорганических светодиодов. Они собираются из различных тонких эластичных слоев для выполнения таких функций, как катод и анод, транспортные слои, излучающий слой и т.д.

Возможно даже использовать биологические материалы, например, молекулы ДНК могут демонстрировать высокоэффективную электролюминесценцию. Такие материалы обладают потенциалом для дешевого массового изготовления больших и механически гибких устройств с обработкой раствором. Поэтому они представляются очень перспективными для будущих применений в области освещения.

Однако для повышения эффективности и срока службы устройства, помимо снижения стоимости, требуются дальнейшие исследования и разработки. Например, телевизоры на базе OLED имеют привлекательные дисплеи с яркими цветами, которые мало зависят от направления просмотра, но они дороги и могут страдать от проблем с выгоранием, связанных с деградацией светодиодов.

Структура светодиода

Светодиоды с поверхностным излучением

Светодиоды с поверхностным излучением (SLED) имеют тонкий активный слой, параллельный поверхности, из которой извлекается свет.  В простой конфигурации плоского диода  активный слой находится чуть ниже излучающей поверхности, а ток подается кольцевым электродом. Свет, излучаемый в “неправильном” направлении, поглощается подложкой. Существуют также устройства, в которых подложка сделана прозрачной, а задний электрод отражает этот свет, так что, некоторая его часть может быть использована.

Одним из вариантов является светодиод типа Burrus, в котором активный слой может быть глубже внутри первоначально выращенной полупроводниковой структуры, а канавка, выгравированная в структуре, обеспечивает более эффективное извлечение света. Также возможно ввести волокно в желоб, чтобы получить светодиод, соединенный с волокном.

Особым типом является светодиод с резонансным резонатором (RC-LED), который имеет светоизлучающий полупроводниковый переход, встроенный между двумя распределенными брэгговскими отражателями (зеркала Брегга), то есть в оптический резонатор. Из-за умеренной добротности генерации не происходит, но получается большая направленность по сравнению с обычными светодиодами.  

Эта концепция упрощает достижение эффективного отвода света и увеличивает выходного сигнала, что может принести пользу, например, приложениям в волоконно-оптической связи. Внешняя квановая эффективность может легко превышать 20%. Полоса пропускания излучения меньше, чем у других светодиодов.

Светодиоды с излучением по краям

Светодиоды с краевым излучением имеют структуру, аналогичную структуре полупроводниковых лазеров с краевым излучением: они излучают от края расщепленной пластины, где активная область встречается с расщепленной поверхностью. Такие устройства обеспечивают более эффективное соединение волокон, чем светодиоды с поверхностным излучением. Применяемые в волоконно-оптической связи, они обеспечивают более высокую скорость передачи данных.

Вариантом светодиода с излучением по краям является суперлюминесцентный диод (SLD), в котором спонтанное излучение существенно усиливается в волноводе. Здесь излучение гораздо более направленное, и, как следствие, яркость намного выше, даже для SLD с довольно низкой выходной мощностью.

 

 

Основные свойства и характеристики светодиодов

Эмиссионные свойства

Свет, излучаемый светодиодами, имеет низкую пространственную когерентность. Первоначально он излучается во всех направлениях. Несмотря на то, что многие светодиодные устройства излучают свет преимущественно в одном направлении (часто через встроенные отражающие структуры), фокусирующая способность (качество луча) очень низкая по сравнению, например, с лазерными диодами.

Полоса пропускания излучения обычно составляет несколько десятков нанометров (например, 40 нм) или даже >100 нм. Т.е намного шире, чем у лазерных диодов, и сравнима с полосой пропускания суперлюминесцентных диодов. Это означает, что временная когерентность намного ниже, чем у лазера, хотя она намного выше, чем, например, у лампы накаливания.

Эффективность

Внутренний процесс генерации света в светодиоде, как описано выше, может иметь очень высокую квантовую эффективность и энергоэффективность, по крайней мере, в сине–фиолетовой и в красной области спектра.  Тем не менее, эффективность устройства ранних светодиодов была относительно низкой. Причина в том, что было невозможно эффективно извлекать генерируемый внутри свет, т.к большая часть генерируемого света поглощалась внутри устройства. 

Ключевой проблемой является полное внутреннее отражение на поверхности полупроводникового материала: из-за высокой показатель преломления, свет может рассеиваться только при относительно малых углах падения, и даже тогда имеет место существенное отражение по Френелю. В некоторых светодиодах также существует проблема с реабсорбцией света в подложке.

В 1990-х годах были разработаны усовершенствованные конструкции светодиодов, которые обеспечивают довольно эффективное извлечение света и, таким образом, достигают гораздо более высокой эффективности устройства. 

Примерами используемых мер являются шероховатые поверхности и интегрированные фотонно-кристалические структуры. Светоотдача теперь может значительно превышать 200 лм / Вт, то есть значительно лучше, чем у люминесцентных ламп.  Помимо эффективности самого источника света, направленное излучение облегчает достижение высокой эффективности всей системы освещения по сравнению с всенаправленными излучателями, где в корпусе лампы может теряться много света.

Возможная проблема (называемая “снижением эффективности”) синих светодиодов на основе GaInN, также используемых в белых светодиодах, заключается в том, что эффективность имеет тенденцию к существенному снижению, когда светодиод сильно накачан (для работы с высокой мощностью). Эта проблема, по-видимому, вызвана прямыми и косвенными эффектами Оже.

Срок службы светодиодов

Светоизлучающие диоды на основе неорганических полупроводников могут иметь очень длительный срок службы, который может превышать 100 000 часов. Таким образом, светодиоды относятся к наиболее долговечным осветительным устройствам.

С другой стороны, светодиоды относительно чувствительны к чрезмерным обратным напряжениям и могут быть разрушены электростатическим разрядом при неправильном обращении.  Кроме того, срок службы значительно сокращается при работе со слишком большим током и / или при слишком высоких температурах окружающей среды.

Электрические характеристики

Как и в случае с любым другим полупроводниковым диодом, ток может протекать через светодиод только от p-легированной части к n-легированной части (обычное направление тока). Обратное напряжение более нескольких вольт может разрушить светодиод.

В прямом направлении ток остается очень маленьким для низких напряжений, а затем очень быстро (экспоненциально) возрастает с увеличением напряжения. Поэтому светодиоды обычно не могут работать при постоянном напряжении, то ток необходимо стабилизировать, например, при работе с источником тока или при использовании простого последовательного сопротивления для подключения к источнику постоянного напряжения. 

Излучаемая оптическая мощность пропорциональна рабочему току, за исключением случаев, когда индуцированное повышение температуры снижает квантовую эффективность.  Рабочее напряжение в значительной степени определяется энергией запрещенной зоны материала и, следовательно, длиной волны излучения; красные светодиоды могут работать при напряжении менее 2 В, в то время как синие требуют порядка 4 В.

Основные преимущества светодиодов

• Эффективность устройства может быть очень высокой, что приводит к небольшому потреблению электроэнергии и низкому тепловыделению. 
• Эффективность лампы часто дополнительно повышается за счет более направленного излучения светодиодов, уменьшая количество света, которое теряется в корпусе лампы.
• Срок службы устройства очень велик. Обычно это заканчивается постепенной потерей яркости, а не резким отказом.
• Большие светодиодные лампы содержат несколько светодиодов и могут оставаться в основном функциональными, когда один светодиод выходит из строя. Это особенно важно там, где безопасность имеет решающее значение.
• Свет с определенными цветами (например, для светофоров) может генерироваться напрямую.  Это более эффективно, чем использование, например, лампы накаливания с цветным фильтром, который должен поглощать большую часть генерируемой оптической мощности.
• Светодиоды могут использоваться в очень компактных и легких корпусах.
• Они механически очень прочные и могут выдерживать даже сильные механические удары.
• Когда белый свет генерируется с помощью отдельных красных, зеленых и синих светодиодов, цветовой тон можно регулировать, регулируя относительные рабочие токи.
• Затемнение возможно путем уменьшения тока или быстрого включения и выключения с переменным рабочим циклом. В любом случае, при затемнении светодиода эффективность использования энергии сохраняется, а цветовой тон остается неизменным. 
• Выходную мощность светодиода можно очень быстро модулировать. Возможны частоты модуляции в сотни мегагерц, поскольку время жизни несущей составляет всего несколько наносекунд. Это полезно, например, для оптической передачи данных.
• Светодиоды содержат ядовитые вещества, такие как арсенид галлия, но только в небольших количествах.

Минусы

• Стоимость одного ватта выходной мощности светодиода для освещения относительно высока, но быстро снижается с дальнейшим развитием технологии – в основном за счет увеличения выходной мощности светодиодных чипов. Кроме того, более высокая стоимость может быть компенсирована снижением потребления электроэнергии и длительным сроком службы.
• Хотя светодиод выделяет меньше тепла, чем лампа накаливания с той же оптической мощностью, для предотвращения перегрева необходимо достаточное отвод тепла, что приведет к сокращению срока службы.
• Индекс цветопередачи некоторых белых светодиодов низкий, что делает их непригодными для определенных применений.
• Поскольку доступные источники питания обычно обеспечивают (приблизительно) постоянное напряжение, рабочий ток необходимо стабилизировать с помощью некоторой электроники.  Может использоваться довольно простая электроника, но часто портит общую энергоэффективность.

Области применения светодиодов

Маленькие светодиоды очень широко используются в качестве небольших сигнальных огней. Работающие с током, например, 5-20 мА, такие устройства излучают достаточно света, чтобы его можно было увидеть при нормальном окружающем освещении, и могут использоваться разные цвета, например, для сигнализации различных состояний устройства.

Поскольку светодиоды можно быстро модулировать, они подходят для передачи данных по оптоволокну на короткие расстояния. Хотя плохая направленность их излучения требует использования многомодовых волокон и, таким образом, ограничивает расстояния передачи, стоимость значительно ниже, чем для системы с одномодовыми волокнами и передатчиками на лазерных диодах. Умеренно быстрая модуляция мощности также полезна, например, для применения в световых барьерах, поскольку модулируемый светодиодный свет легко отличить от окружающего света, а также для дистанционного управления.

Светодиоды используются в качестве передатчиков света в большинстве оптоизоляторов.

Огромный прогресс в области мощных светодиодов в последнее время позволил использовать светодиоды для получения больших сигналов и в целях освещения. Поскольку стоимость одного ватта все еще относительно высока, а выходная мощность ограничена, такие приложения начали применяться в таких областях, как светофоры и стоп-сигналы для автомобилей, где достаточно умеренной оптической мощности, особенно важен длительный срок службы, а преимущество в эффективности по сравнению с фильтрованной лампой накаливания очень велико.

Светодиоды также широко используются для фоновой подсветки жидкокристаллических дисплеев, например, в экранах портативных компьютеров (ноутбуков), медиаплееров и сотовых телефонов, где сниженное потребление электроэнергии позволяет дольше работать от батареи. Еще одним преимуществом для экранов компьютеров и телевизоров является то, что можно добиться более ярких цветов по сравнению с подсветкой люминесцентных ламп.  Высочайшее качество отображения часто достигается с помощью OLED, что, однако, увеличивает стоимость при сокращении срока службы.

Дальнейшие усовершенствованные устройства вскоре позволят использовать мощные белые светодиоды для основных огней автомобилей, для освещения жилых помещений и уличных фонарей. В некоторых областях, таких как самолеты, компактный размер корпуса и низкое потребление электроэнергии особенно важны.

Характеристики и внешний вид SMD-светодиодов

SMD означает Surface Mounted Device, что с английского переводится как компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа. Эта технология изготовления электронных компонентов на печатной плате. Основным отличием технологии от традиционной (сквозного монтажа в отверстия) выступает то, что компоненты монтируются без отверстий и только со стороны токопроводящей дорожки. Их приклеивают, а затем припаивают.

Особенности SMD-светодиодов

Первые LED-светильники производились с применением обычных светодиодов. Они оснащены аксиальными (проволочными) достаточно длинными выводами, которые предназначены для монтажа в отверстия в плате.

У светодиодов типа SMD есть только небольшие контактные площадки, которыми устройства монтируются прямо на плату. Это планарные (плоские) выводы, не требующие отверстий в плате. Ввиду простоты такого монтажа после появления SMD-компонентов его доверили роботизированным системам, которые делают все автоматически. Это сделало изготовление осветительных приборов более экономичным.

Еще одним преимуществом SMD-светодиодов стала возможность изготовления миниатюрных, но мощных диодов. Это связано с улучшенным отводом тепла от кристаллов. Они почти лежат на плате, а еще имеют короткие и массивные выводы. Этим и обусловлена возможность эффективного отвода тепла от мощных кристаллов. Хотя многие из них все-таки нуждаются в подборе и расчете радиатора. Снаружи для защиты от окружающей среды их заливают компаундом, часто с добавлением люминофора, который выравнивает цветовую характеристику диода.

Характеристики и виды SMD-светодиодов

Первое, с чем стоит разобраться, – это маркировка SMD-светодиодов. В общем виде в обозначении присутствует аббревиатура SMD и 4 цифры, например, SMD 3528. Это один из самых распространенных типоразмеров SMD-светодиодов. В данной маркировке отражаются только размеры в миллиметрах: 3528 означает 3,5х2,8 мм. Соответственно, SMD 5050 имеет размеры 5,0х5,0 мм, а SMD 5730 – 5,7х3,0 мм.

Различия наблюдаются и в отношении ряда других параметров. Самые значимые характеристики SMD-светодиодов приведены в таблице.

Тип SMD	Размеры SMD-светодиода	Рабочий ток, мА	Кол-во кристаллов	Световой поток, лм	Мощность, Вт	Примечания
2835	2,8х3,5 мм	60, 150, 300	1	20, 50, 100	0,2, 0,5 или 1	Однокристалльный светодиод малой мощности, выпускаемый в трех вариантах с разным световым потоком и мощностью. По размерам корпуса аналогичен SMD 3528, но имеет прямоугольную, а не круглую линзу.
3014	3,0х1,4 мм	30	1	9-11 в зависимости от цвета свечения кристалла	0,12	Компактный светодиод с умеренной мощностью и достаточным световым потоком. Может давать белый свет разной цветовой температуры, а также цветное свечение. Часто встречается в точечных светильниках, светодиодных лентах, автомобильных лампах.
3528	3,5х2,8 мм	20	1 или 3	0,6-5 в зависимости от цвета свечения кристалла	0,06 или 0,2	Может быть однокристалльным (одного цвета – белого, синего, желтого, красного, зеленого) или трехкристалльным (RGB). В связи с этим часто используется в LED-подсветке.
5050	5,0х5,0 мм	60, 80	3 или 4	2-14	0,2 или 0,26	Имеет только трех- или четырехкристалльное исполнение. Одноцветный светодиод имеет в 3 раза большую яркость, чем однокристалльный SMD 3528, поскольку все кристаллы светят одним цветом.
5630 5730	5,6х3,0 мм 5,7х3,0 мм	150 150, 300	1 1 или 2	50 50, 158	0,5 0,5 или 1	Светодиоды SMD 5630 и 5730 во многом схожи за исключением некоторых характеристик. Диоды SMD 5730 вдвое мощнее и могут давать больший световой поток, поскольку имеют исполнение с двумя кристаллами. Оба диода используются для создания мощных лент, прожекторов и ламп.

Ранее наиболее популярными были SMD 3528 и 5050, но сегодня они используются в основном в светодиодных лентах. Для светильников используют SMD 5630 как более современные диоды. Количество светодиодов на ленте может составлять от 30 до 240 шт./м. От этого зависит удельная мощность и яркость LED-ленты.

Важные вопросы относительно SMD-светодиодов

Решая вопрос, как определить полярность SMD-светодиода, необходимо обратить внимание на корпус изделия. На лицевой части обычно есть срез – с этой стороны находится катод (минус).

Как узнать параметры светодиода SMD? Очень просто, достаточно линейкой измерить его размеры, а уже по ним определить тип диода и в таблице посмотреть его характеристики. Таким простым способом даже можно рассчитать мощность светодиодной ленты, если она не указана производителем на упаковке или у вас нет паспорта.

Проверка SMD светодиодов осуществляется с помощью мультиметра. Его переключают в специальный режим «Диоды», после чего красный щуп подсоединяется к аноду, а черный – к катоду. На экране должно показаться напряжение. После этого нужно поменять полярность подключения и посмотреть, нет ли падения напряжения. Если нет, значит, светодиод полностью рабочий. Это один из способов проверки светодиодной ленты на исправность.

Светодиод

: конструкция, типы и применение Светодиод

или светоизлучающий диод является наиболее часто используемым электронным компонентом в нашей повседневной жизни. Это источник света в виде маленькой лампочки, которую можно установить внутри цепи. Это особый тип диода, который преобразует электрическую энергию в энергию света. В отличие от лампы накаливания не нагревается, поэтому является энергосберегающим источником света. Он доступен в любом размере, форме и цвете.

Диоды с PN-переходом были изобретены задолго до появления светодиодов, только в 1962 Ник Холоньяк придумал особый тип диода, который преобразует электрическую энергию в световую. Светодиод может генерировать как видимый, так и невидимый свет. Невидимый свет (инфракрасный) используется в пульте дистанционного управления. Он используется в каждом электронном оборудовании, которое используется для отображения любой информации. Он используется для освещения улиц, жилых домов и промышленных предприятий. В этой статье подробно объясняется принцип работы светодиода, его конструкция и т. д.

• Похожие сообщения: Что такое диод? Конструкция и работа PN-переходного диода

Содержание

Что такое светодиод – светоизлучающий диод?

Светодиод — это сокращенная форма слова «Светоизлучающий диод». Это тип диода, который излучает свет, когда через него проходит ток. Другими словами, светодиод — это особый тип диода, который преобразует электрическую энергию в световую. Это простой диод с PN-переходом, который излучает свет при прямом смещении. Соединение покрыто прозрачной эпоксидной смолой, чтобы направлять свет, исходящий от соединения, во всех направлениях.

Энергия света генерируется, когда электрон из более высокой энергетической зоны попадает в низкоэнергетическую зону и высвобождает энергию. Другими словами, когда носители заряда электроны и дырки объединяются, они выделяют световую энергию. Не каждый материал способен обладать таким свойством. Свойство материала преобразовывать электрическую энергию в энергию света называется электролюминанс. Вместо кремния и германия используются соединения арсенида галлия, фосфида галлия и фосфида индия в зависимости от цвета излучаемого света.

Символ и обозначения светодиодов

 

Символ светодиода

Символ светодиода напоминает любой обычный диод с PN-переходом, за исключением того, что он имеет стрелки, направленные наружу. рисунок ниже.

• Связанный пост: Различные типы символов диодов

Клеммы светодиода

9Светодиод 0002 представляет собой диод, поэтому он имеет две клеммы: анод (+) и катод (-). Две клеммы можно идентифицировать следующими способами.

• Более длинная ветвь — это анод, а более короткая ветвь — это катод.
• В случае прозрачного светодиода внутренняя меньшая пластина является анодом, а большая пластина — катодом.
• На катоде есть плоское пятно.
• С помощью мультиметра используется режим прозвонки. При прямом смещении светодиод будет светиться и запускать зуммер, а при обратном смещении — нет.

Конструкция светодиода

Щелкните изображение, чтобы увеличить его. В N-слое больше всего электронов, а в P-слое больше дырок. Активная область имеет равное количество электронов и дырок, поэтому в ней нет основных носителей заряда. Активная область также известна как область истощения. Электроны и дырки рекомбинируют в этой области. Как мы знаем, свет излучается, когда электрон и дырка объединяются. Дырки — это отсутствие электронов. Они не двигаются. Электроны движутся и соединяются с дырками в р-слое. Следовательно, p-слой предназначен для удержания в верхней части светодиода.

Слой материала P-типа и материала N-типа накладывается друг на друга с активной областью между ними. Поскольку электронно-дырочная рекомбинация происходит в p-области, p-слой остается наверху, а анод осаждается на краю p-слоя, чтобы иметь максимальное излучение света. В то время как для катода золотая пленка осаждается на дне слоя N-типа, как показано на рисунке.

Физически светодиод рассчитан на максимальное излучение света. Поэтому место соединения покрыто прозрачной эпоксидной смолой с куполообразным верхом. Это помогает концентрировать свет, излучаемый соединением, в восходящем направлении. Тонкая золотая пленка в нижней части специально используется для отражения света назад в направлении вверх для повышения эффективности светодиодов. Поскольку большая часть света излучается из p-области, увеличение ее площади увеличивает интенсивность света. Форма эпоксидной смолы не обязательно должна быть полусферической. Он может быть треугольным или прямоугольным, в зависимости от применения.

Примечание: светодиод может излучать как видимый, так и невидимый свет. Невидимый свет в основном используется для связи в удаленных устройствах, таких как телевизоры, кондиционеры и т. д.

Что касается материала, используемого для светодиодов, в нем не используется кремний или германий. Полупроводники, такие как арсенид галлия (GaAs), фосфид арсенида галлия (GaAsP) или фосфид галлия (GaP), используются в светодиодах из-за их свойства излучать энергию в виде излучения, в то время как кремний и германий выделяют в виде тепла.

Похожие сообщения:

• Фотодиод: типы, конструкция, работа и применение
• Разница между фотодиодом и фототранзистором
• Разница между светодиодом и фотодиодом

Работа светодиода

Как и любой обычный диод, светодиод или светоизлучающий диод работает только при прямом смещении, т. е. анод находится под более высоким напряжением по сравнению с катодом, или анод подключен к положительной клемме и катод соединен с отрицательной клеммой батареи. В n-области преобладают электроны, а в p-области преобладают дырки. Кроме того, слой n-типа сильно легирован по сравнению со слоем p-типа 9.0003

Когда светодиод смещен в прямом направлении, приложенный потенциал начинает воздействовать на P-слой и N-слой. В результате область истощения или активный слой начинает сжиматься. Поэтому электроны из n-области и дырки из p-области начинают проходить через переход. Он начинает рекомбинировать в активной области или области истощения. При его рекомбинации электроны из верхней зоны (зоны проводимости) попадают в нижнюю энергетическую зону (валентную зону) за счет рекомбинации с дырками (отсутствие электрона в валентной зоне) и выделяют энергию в виде света. После нескольких рекомбинаций ширина обедненной области еще больше уменьшается, а интенсивность света увеличивается

Свойство преобразования электричества в энергию света называется электролюминанс. Такое свойство проявляют некоторые полупроводники, такие как GaAs, GaAsP, GaP. Кремний и германий не могут излучать свет, а только тепло. Почему эти материалы обладают таким свойством, можно понять, используя теорию энергетических зон твердых тел.

Как известно, электрон может приобретать энергию в дискретной форме. Энергию электрона можно определить по его положению в энергетических зонах. Когда электрон получает энергию, он переходит в более высокую энергетическую зону, а когда он возвращается в более низкую энергетическую зону, он высвобождает энергию. Валансная зона имеет меньшую энергию, чем зона проводимости. Разница между зоной проводимости и валентной зоной называется энергетической щелью. Согласно теории энергетических зон твердых тел, существует два типа полупроводниковых материалов, обладающих либо прямой запрещенной зоной, либо непрямой запрещенной зоной.

Похожие сообщения:

• Стабилитрон – символ, конструкция, схема, работа и применение
• Туннельный диод: конструкция, работа, преимущества и применение

Прямозонная запрещенная зона

Полупроводниковый материал с прямой запрещенной зоной излучает фотоны или световую энергию, когда высвобождает энергию. Две энергетические зоны, то есть зона проводимости и валентная зона, находятся прямо друг над другом вместе с импульсом «k» и графиком энергии. Когда электрон и дырка объединяются, они излучают энергию, равную энергетической щели между зоной проводимости и валентной зоной. Поэтому полупроводники, имеющие большую энергетическую щель, излучают свет высокой интенсивности. Различные материалы излучают разную длину волны, поэтому цвет света зависит от типа материала.

Такие полупроводниковые материалы используются в конструкции светодиодов. Примером полупроводников с прямой зоной являются арсенид алюминия-галлия (AlGaAs), фосфид мышьяка галлия (GaAsP), фосфид алюминия-галлия (AlGaP), нитрид индия-галлия (InGaN) и селенид цинка (ZnSe) и т. д.

Непрямая запрещенная зона

Полупроводниковые материалы с непрямой запрещенной зоной не излучают фотоны, когда электрон высвобождает энергию, а выделяет ее в виде тепла. В таких материалах зона проводимости не совпадает напрямую с валентной зоной, как показано на рисунке. Из-за разницы в импульсе «k» комбинация электрона и дырки высвобождает энергию только в виде тепла. Примерами таких материалов являются кремний, германий и др.

Цвет светодиода

Как мы знаем, на рынке доступны светодиоды разных цветов. А вот что собственно определяет цвет излучаемого света. Поскольку каждый цвет имеет разную длину волны, а полупроводниковый материал, который используется в светодиодах, излучает разные длины волн, они отвечают за генерацию разных цветов света. Каждый полупроводниковый материал имел разную область обеднения, имеющую разное прямое напряжение. Вот таблица для разных цветов светодиода

Похожие сообщения:

• Транзистор PNP – конструкция, работа и применение
• Транзистор NPN – конструкция, работа и применение

Цвет	Длина волны	Прямое напряжение	Полупроводниковый материал
Белый	395 – 530 нм	3 В – 5 В	Нитрид галлия-индия (GaInN) Селенид цинка (ZnSe)
Ультрафиолет	< 400 нм	3,1–4,4 В	Нитрид алюминия (AlN) Нитрид алюминия-галлия (AlGaN) Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN)
Фиолетовый	400 – 450 нм	2,8 – 4,0 В	нитрид индия-галлия (InGaN)
Синий	450 – 500 нм	2,5–3,7 В	нитрид индия-галлия (InGaN) Карбид кремния (SiC)
Зеленый	500 – 570 нм	1,9–4,0 В	Фосфид галлия (GaP) Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP) Фосфид алюминия-галлия (AlGaP)
Желтый	570 – 590 нм	2,1–2,2 В	Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP) Фосфид галлия (GaP)
Оранжевый	590 – 610 нм	2,0–2,1 В	Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP) Фосфид галлия (GaP)
Красный	610 – 760 нм	1,6–2,0 В	Алюминий арсенид галлия (AlGaAs) Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP) Фосфид галлия (GaP)
Инфракрасный	> 760 нм	< 1,9 В	Арсенид галлия (GaAs) Алюминий арсенид галлия (AlGaAs)

В следующей таблице показаны различные цвета свечения светодиодов, длина волны в нанометрах и прямое напряжение для смещения (падение напряжения).

Щелкните изображение, чтобы увеличить его0011

Схема светодиодной рулетки с использованием таймера 555 и счетчика 4017

Здесь вы можете посмотреть другие интересные проекты и забавные уроки, основанные на светодиодах.

Смещение светоизлучающего диода

Подобно диоду с PN-переходом, светодиод работает при прямом смещении, но имеет относительно более высокое прямое напряжение. Анод в светодиоде подключен к положительному, а катод подключен к отрицательному выводу источника питания.

Если напряжение питания выше, чем прямое напряжение светодиода, переход светодиода пропускает ток и начинает излучать свет. Поскольку мы знаем, что прямой ток диода увеличивается экспоненциально, когда переход смещен в прямом направлении, этот огромный ток может необратимо повредить светодиод. Поэтому последовательно со светодиодом используется токоограничивающий резистор для ограничения тока. Повредить светодиод может не только ток, но и напряжение. Напряжение питания не должно быть выше прямого рабочего напряжения. В противном случае можно повредить соединение. Обычный светодиод имеет номинальное напряжение до 4,0 В и номинальный ток до 30 мА.

Похожие сообщения:

• Как рассчитать номинал резистора для светодиодов и различных типов светодиодных цепей
• Калькулятор резисторов для светодиодов – необходимое значение резистора для цепи светодиодов

Типы светодиодов

Светодиоды в основном делятся на два типа, т.е.

• Светодиоды видимого диапазона
• Невидимый светодиод

Видимый светодиод

Такие светодиоды излучают свет, видимый невооруженным глазом. Излучаемый свет имел длину волны в видимом спектре, то есть от 380 до 750 нм. Такие светодиоды используются для подсветки, оформления, индикации, индикации в цифровых устройствах и т. д.

Невидимый светодиод

Такой светодиод излучает свет с длиной волны в инфракрасном спектре, т.е. от 700 нм до 1 мм. Это невидимо невооруженным глазом. Поэтому он используется в охранной сигнализации, оптронах, пультах дистанционного управления и т. д.

RGB-светодиоды

Красно-зелено-синий светодиод представляет собой тип светодиода, состоящий не из одного, а из трех светодиодов. Его выходной цвет представляет собой комбинацию трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Он дает не три разных цвета, а один цвет. Это позволяет ему генерировать свет разного цвета.

RGB LED имеет четыре клеммы, т.е. три из них используются для управления тремя цветами: красным, зеленым и синим, а четвертая клемма является общей клеммой, либо анодом, либо катодом.

Светодиод с интегральной схемой

Светодиоды такого типа имеют внутри интегральные схемы. Это интеллектуальные светодиоды, для которых не требуется отдельный контроллер. Он может менять цвет и мигать без внешнего контроллера. Кроме того, он занимает очень мало места, что позволяет сделать его более компактным.

Миниатюрные светодиоды

Миниатюрные или мини-светодиоды представляют собой светодиоды небольшого размера, используемые для украшения и в качестве индикаторов во многих повседневных приложениях. Они изготавливаются различной формы и со встроенными проводами, подключенными к их клеммам. Они доступны в SMD (устройство для поверхностного монтажа) и сквозной технологии.

Мини-светодиоды не рассеивают тепло, поэтому не требуют радиаторов.

Похожие сообщения:

• Биполярный переходной транзистор (BJT) | Строительство, работа, типы и применение
• Типы транзисторов – BJT, FET, JFET, MOSFET, IGBT и специальные транзисторы

Светодиоды повышенной мощности

Такие светодиоды имеют очень мощный и яркий свет. Эти светодиоды доступны в различных размерах и выходной мощности. Используются для освещения в фонарике, факеле, уличном фонаре и т. д.

Рассеивают тепло благодаря своим большим размерам и мощности. Поэтому требуются большие радиаторы

Светодиодная лента

Как следует из названия, эти светодиоды сконструированы на гибкой полосе печатной платы. На оборотной стороне полоски был клей для приклеивания к любой поверхности. У него были разноцветные светодиоды, и при освещении они излучали разноцветные огни. Современные ленточные светодиоды поставляются с RGB-светодиодами, управляемыми с помощью беспроводного пульта дистанционного управления.

Адресный светодиод

Адресные светодиоды имеют встроенную микросхему, которая используется для управления отдельным светодиодом, подключенным к полосе светодиодов.

Светодиод со встроенным резистором

Эти светодиоды имеют встроенный токоограничивающий резистор. Поэтому его можно безопасно использовать, не беспокоясь о необходимых расчетах и ​​необходимости использования отдельного резистора. Он также занимает меньше места.

Инфракрасный светодиод

Такой светодиод излучает свет за пределами видимого спектра. Он невидим невооруженным глазом, но может быть обнаружен другими фотодиодами. Поэтому они используются в пульте дистанционного управления.

Ультрафиолетовый светодиод

Ультрафиолетовый или УФ-светодиод излучает ультрафиолетовый свет. УФ-излучение используется для специальных применений в научных, судебных и медицинских целях.

Выходная характеристика светодиода

Выходная характеристика светодиода показывает зависимость между выходной силой света и входным прямым током I _F светодиода. Интенсивность света представлена ​​вертикальной осью, а прямой ток представлен горизонтальной осью.

Интенсивность света прямо пропорциональна прямому току, проходящему через светодиод. Интенсивность или мощность излучения линейно зависит от прямого тока. Интенсивность света также зависит от температуры. Увеличение температуры уменьшает интенсивность света светодиода, как показано на графике.

• Похожие сообщения: Типы диодов и их применение — 24 типа диодов

VI Характеристики светоизлучающего диода

Кривая характеристик VI показывает соотношение между напряжением и током через устройство. Горизонтальная ось или ось X представляет напряжение, а вертикальная ось или ось Y представляет ток.

Светодиод в основном работает как обычный диод, т.е. пропускает ток в прямом направлении, поэтому на графике показаны только прямое напряжение и прямой ток. Прямое напряжение светодиода больше, чем у обычного диода из-за наличия активного слоя. Сначала светодиод не пропускает ток и не излучает свет, пока прямое напряжение не превысит напряжение колена. Разный цвет светодиода имеет разное напряжение колена. Как только светодиод начинает проводить ток, ток начинает экспоненциально увеличиваться, что прямо пропорционально интенсивности излучаемого света.

Для изготовления светодиодов используются различные полупроводниковые материалы. Различные материалы излучают свет с различной длиной волны и интенсивностью. Длина волны излучения определяет прямое напряжение или напряжение колена светодиода. Инфракрасный (невидимый свет) имеет самую высокую длину волны, за которой следуют красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый и ультрафиолетовый цвета. Уменьшение длины волны увеличивает прямое напряжение указанного светодиода, как показано на графике.

Похожие сообщения:

• Туннельный диод: конструкция, работа, преимущества и применение
• Диод Шоттки: обозначение, конструкция, работа и применение

Преимущества и недостатки светодиодов

Преимущества

Вот некоторые преимущества светодиодов

• Рабочая температура светодиодов колеблется от 0°C до 70°C.
• Он очень жесткий и выдерживает любые механические удары и вибрации.
• Имеет более длительный срок службы.
• Требует очень малого напряжения и потребляет очень мало энергии.
• Могут быть изготовлены любой формы и размера. Таким образом, крошечные светодиоды можно использовать для создания цифровых и буквенно-цифровых дисплеев на дисплее с высокой плотностью.
• Оптопары, изготовленные из светодиодов, изолируют цепь электрически и соединяют ее оптически.
Светодиоды
• дешевле, экономичнее и очень надежны.
• Низкая температура не влияет на его работу.
• Время переключения светодиода очень быстрое в диапазоне 1 нс. Поэтому они подходят для динамической работы.
• Не нужно разогревать. Он мгновенно загорается.
• Он может излучать различные цвета света, такие как красный, зеленый, желтый, оранжевый, белый и т. д.
• Интенсивность или яркость светодиода можно легко контролировать, изменяя ток, протекающий через него.
• По сравнению с лампой накаливания светодиоды в 10-50 раз эффективнее.
• Не требует токсичных газов, вредных для окружающей среды.

Недостатки

Вот некоторые недостатки светодиода

• По сути это диод, т.е. однонаправленный. Подключение его с обратным смещением к источнику высокого напряжения может привести к его необратимому повреждению.
• При подключении к цепи необходимо учитывать полярность.
Светодиоды
• не так энергоэффективны, как ЖК-дисплеи. Поэтому его нельзя превратить в большой дисплей.
• Это дорого по сравнению с большим LCD.
• Он имеет более высокое рабочее напряжение и потребляет больше энергии по сравнению с обычным диодом с PN-переходом.
• Не допускает скачков тока и напряжения. Это может привести к необратимому повреждению светодиода.
• Он также может перегреваться из-за мощности излучения. Это сокращает срок службы светодиода.
• Его эффективность падает из-за большого тока или тепла. Это явление также известно как падение эффективности.
• Его светлый цвет может меняться в течение срока службы.
• Имеет более высокую начальную стоимость по сравнению с лампой накаливания

Связанный пост: Применение диодов

Применение светодиодов

Светодиоды имеют множество применений, вот некоторые из известных применений светодиодов

• Светодиоды в основном используются для освещения , промышленные и издательские) из-за его высокой светосилы и низкого энергопотребления.
Светодиоды
• используются в дорожных знаках и сигнальных огнях на каждом перекрестке и в уличных фонарях.
• Используются в качестве дисплея в цифровых часах, калькуляторах, цифровых мультиметрах и т. д.
• Они также используются в качестве индикатора в электрических и электронных схемах и устройствах для индикации подачи питания.
• В автомобилях они используются для освещения, а также индикаторов.
• Это действительно во вспышках цифровых камер и фонариках.
Светодиоды
• используются в медицинском оборудовании.
• Лазерные светодиоды, излучающие свет с одной длиной волны, используются в оптоволоконной связи.
• Разноцветные светодиоды используются в украшениях и игрушках.

Светодиоды, испускающие инфракрасный свет, не видны невооруженным глазом, поэтому они используются в специальных приложениях, таких как

• Инфракрасные светодиоды используются в системе дистанционного управления в телевизорах, кондиционерах и т. д.
• В системе охранной сигнализации используется для обнаружения присутствия любого человека, проходящего между ними.
• Используется в оптронах для электрической изоляции двух цепей путем их оптического соединения. Он используется для защиты любой чувствительной цепи.

Related Posts:

• Диодные формулы и уравнения – Ценнер, Шокли и выпрямитель
• Как проверить диод с помощью цифрового и аналогового мультиметра? – 4 пути.
• Блокирующий диод и обходные диоды в распределительной коробке панели солнечных батарей
• Простая схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона
• Тиристорно-кремниевый выпрямитель (SCR) – применение тиристоров
• MOSFET – работа, типы, работа, преимущества и применение
• БТИЗ? Конструкция, типы, работа и применение
• ГТО? Типы, конструкция, работа и применение
• ДИАК? Символ, конструкция, работа и применение
• симистор? Символ, конструкция, работа и применение
• Разница между диодом и SCR (тиристором)
• Разница между диодом и транзистором
• Калькулятор стабилитрона и стабилизатора напряжения стабилитрона
• Простая схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона

URL Скопировано

Мы объясняем типы светодиодных экранов: использование и характеристики

Статьи

Мы видим различные типы светодиодных экранов, которые вы можете найти в своей повседневной жизни, и их основные характеристики

Robert Sole Follow on Twitter Отправить письмо 22 февраля, 2021

0 2. 094 2 минуты чтения

Наружные светодиодные экраны все чаще встречаются на фасадах магазинов и больших площадях. Для них характерно отображение большего количества информации и рекламы, которые могут отображаться даже на больших расстояниях. Здесь мы объясним различные типы существующих светодиодных экранов и их основные характеристики. Но самое интересное, что их можно сделать на заказ.

Содержание

Что такое светодиодный экран

Электронное устройство, состоящее из большого количества светодиодов, которые позволяют пользователям отображать данные, информацию, изображения, видео и т. д. Они основаны на светоизлучающих диодах (СИД). .

Эти типы экранов не следует путать с ЖК-экранами или пластинами со светодиодной подсветкой, используемыми в мониторах, телевизорах и экранах портативных компьютеров.

Светодиодные дисплеи основаны на пикселях, которые могут быть монохроматическими (одноцветные светодиоды), двухцветными (два типа цветов светодиодов) или полихроматическими на основе светодиодов RGB (предлагают красный, зеленый и синий цвета). Эти светодиоды составляют пиксели, которые позволяют формировать символы, тексты, изображения и даже видео, в зависимости от типа экрана.

---

Основное применение

В настоящее время они используются в основном в рекламе из-за своей универсальности. Они позволяют отображать информацию быстро, легко заменяются и привлекательны для зрителей. Управление ею может быть централизованным или удаленным.

Этот тип панелей превратился в гигантские экраны с полихроматической светодиодной технологией высокого разрешения. Они позволяют воспроизводить полноцветное видео на крупных мероприятиях с очень хорошим качеством изображения.

---

Гигантские светодиодные экраны

Тип модульных экранов, упрощающих установку, техническое обслуживание и транспортировку. Они основаны на так называемом «модуле» или «шкафу», который может быть собран для создания более крупных систем.

Основными характеристиками этих светодиодных панелей являются: расстояние между пикселями, измеряемое в мм, тип светодиода, который может быть DIP (Direct In-Line Package) или SMD (Surface Mounted Diode), разрешение, максимальное потребление , защита от элементов и качество светодиодов.

---

Гигантские наружные светодиодные экраны

Эти типы гигантских светодиодных экранов очень похожи на предыдущие, но обладают большей защитой от непогоды. Они требуют защиты от жары и холода, пыли, ветра и дождя. Эти панели обычно имеют одну степень защиты спереди и другую сзади.

Что касается разрешения, то оно измеряется расстоянием между пикселями, обычно измеряемыми в миллиметрах.

Те, которые имеют тип «реального пикселя» (красный светодиод, синий светодиод и зеленый светодиод), где три светодиода составляют каждый пиксель. Количество пикселей охватывает как горизонтальную, так и вертикальную длину.

Затем у нас есть технология виртуальных пикселей (два красных, один синий и один зеленый), где каждый пиксель состоит из четырех светодиодов. Эта технология позволяет создавать более высокую плотность пикселей, поскольку пиксели между центрами пикселей воспринимаются человеческим глазом.

Их можно увидеть на открытом воздухе больших поверхностей, на концертах под открытым небом и на мероприятиях под открытым небом.